石墨烯薄膜有望用來(lái)海水淡化需要進(jìn)一步壓縮通道尺寸
2014-04-09 16:52:36
admin
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據青年時(shí)報網(wǎng)2014年3月21日訊 水，不論是對動(dòng)物還是植物而言，都非常重要。沒(méi)有水，生命的延續會(huì )受到極大影響。隨著(zhù)經(jīng)濟發(fā)展和人口增加，我們對水的需求也越來(lái)越大，然而地球上的淡水資源非常有限，會(huì )不會(huì )有一天被消耗殆盡？
地球四分之三的面積被海洋所覆蓋，面對如此巨大的水資源儲量，科學(xué)家們也動(dòng)過(guò)腦筋——因為濃度過(guò)高以及雜質(zhì)不少，海水無(wú)法被直接利用。但在近日出版的《科學(xué)》雜志上，一課題組在氧化石墨烯薄膜快速篩選離子研究方面，取得了突破性進(jìn)展，發(fā)現了其具有精密快速篩選離子的性能。這一成果有望在海水淡化領(lǐng)域獲得應用。
擁有精密快速的篩選功能
石墨烯是一種神奇的材料，有著(zhù)一些獨特的特性，近幾年備受科學(xué)家青睞。比如它優(yōu)良的導電性，讓人們在晶體管領(lǐng)域很看好它們。它幾乎完全透明，在太陽(yáng)能電池或觸屏方面或許大有作為。不過(guò)，石墨烯與水之間有什么樣的相互作用，人們了解得并不透徹。據了解，石墨烯表面是排斥水的，但浸入到水中的石墨烯薄膜里的毛細通道，卻允許水的快速滲透。
*新合作研究表明，水環(huán)境中的氧化石墨烯薄膜在水合作用下，會(huì )形成約0.9納米寬的毛細通道，只有水合半徑小于或等于0.45納米的離子或分子才能通過(guò)，半徑大于0.45納米的離子或分子，則會(huì )被完全阻隔在另一側。這種篩選效應不僅對離子尺寸要求非常精準，而且比經(jīng)典的濃度擴散快上千倍。
這一*新的研究成果，是由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院近代力學(xué)系材料力學(xué)行為和設計重點(diǎn)實(shí)驗室的吳恒安教授、王奉超博士，與英國曼徹斯特大學(xué)、2010年諾貝爾物理獎獲得者安德烈·海姆教授課題組合作完成的。
吳恒安教授告訴記者，他們在這項工作中作出的主要貢獻，是用理論分析和分子模擬，研究了石墨烯納米通道快速過(guò)濾離子的機理。計算機模擬工作表明，石墨烯與離子之間的相互作用，會(huì )使離子在納米通道中聚集，從而形成更高的濃度梯度。這一發(fā)現對實(shí)驗結果給出了合理解釋?zhuān)脖环Q(chēng)為“離子海綿效應”。
或能應用于淡化海水
0.9納米的毛細通道到底有多細？吳恒安教授回答了記者的疑問(wèn)。
“0.9nm的通道可以通過(guò)水和小離子，比如NaCl等，阻止更大的離子?！彼硎?，因此目前的氧化石墨烯薄膜，暫時(shí)還無(wú)法過(guò)濾掉海水中的鹽分?！澳壳暗南敕ㄊ遣扇√厥獾霓k法，進(jìn)一步壓縮薄膜中的毛細通道尺寸，讓通道變窄，阻止NaCl通過(guò)，但這還只是一個(gè)設想。我們所做的這個(gè)工作，只是朝海水淡化邁進(jìn)了一步?！?BR> 合作者之一伊琳娜·戈里古力娃博士表示，如果這一設想能夠實(shí)現，意味著(zhù)制造一個(gè)在幾分鐘內，即可將一杯海水淡化成飲用水的過(guò)濾裝置，已不再只是科幻小說(shuō)場(chǎng)景。
《科學(xué)》雜志也專(zhuān)門(mén)對這項研究成果進(jìn)行了展望評述，認為這一發(fā)現能夠使得氧化石墨烯薄膜，在眾多分離應用中具有重要意義，例如在海水淡化與凈化、傳感技術(shù)及能源轉換等領(lǐng)域，具有廣闊的應用前景。
研究表明，水環(huán)境中的氧化石墨烯薄膜與水相互作用后，形成約0.9納米寬的毛細通道，允許直徑小于0.9納米的離子或分子快速通過(guò)，而直徑大于0.9納米的離子被完全阻隔。這一發(fā)現合理解釋了實(shí)驗結果，也被稱(chēng)為“離子海綿效應”（《經(jīng)濟日報》記者佘惠敏）